基于MATLAB的数字锁相环的仿真设计

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之后的设计中将对这两部分元器件进行介绍和仿真。我们可以很明显的从图中看出两个波形相乘后的结果。

2.1.2 模拟低通滤波器

低通滤波器是电路中滤除高频只允许通过低频信号的元器件。锁相环电路中采用的低频滤波方式是巴特沃斯滤波器。巴特沃斯滤波器频率曲线较为平坦,几乎没有起伏,曲线逐渐下降到零。巴特沃斯滤波器在一阶滤波时衰减率为每倍频6dB，每十倍频20dB。在二阶滤波时的衰减率为每倍频12dB、三阶滤波时衰减率为每倍频18dB。巴特沃斯滤波器无论任何阶数，振幅对角频率曲线都保持同样的滤波曲线形状的滤波器。滤波阶层越大，曲线的下降就速度越快。其他滤波器在滤波阶数增加时振幅对角频率图和低阶滤波时的振幅对角频率有不同的曲线形状巴特沃斯低通滤波器可以使用频率的振幅的平方公式表示

|H(?)|?2[10]

。

1?2n1?()?c?1?2n1??2()?p (2-6) 其中： n= 滤波器阶数 ?c= 截止频率 = 振幅下降为-3dB的频率 ?p= 通频带边缘频率 12?|H(?)|通频带边缘数值 1??2

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图2-5模拟滤波器在simulink中仿真图形

图2-6 模拟滤波器仿真的图形

元器件参数设置

信号源1：频率为1HZ，幅度为1 信号源2：频率为1000HZ，幅度为10 信号源3：频率为500HZ，幅度为5

设计中巴特沃斯滤波器参数：低频滤波，3阶滤波，带通边缘频率为1HZ 从滤波图形可以很明显得看出滤波效果。

[5]

2.1.3 模拟压控振荡器

压控振荡器是种将电压和频率之间进行对应变换原器件，在环路中作为被控振荡器，它输出电压的振荡频率随输入电压的线性地变化而变化，它的压控特性如下图所示。 静止频率：?0；电压：uc(t)；频率：?u?t?

图中压控振荡器的振荡频率以?0静止频率为中心，随输入电压uc(t)而线性变化。

?u(t)??0?k0uc(t) （2-7）

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静止频率 电压 频率

图2-7压控振荡器的压控特性

输入电压uc(t)随时间变化时，压控振荡器的振荡频率?u(t)也随之而变。当锁相环经过不断反馈会使uc(t)处于一个稳定状态。这样，振荡频率也会处于一个锁定状态，锁相环也就锁住了频率。

图2-8压控振荡器仿真测试电路

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图2-9 压控振荡器测试图形

模拟压控振荡器的输出幅度为3，静止频率为3HZ，灵敏度为2HZ/V。根据以上图形可知，模拟

压控振荡器输出信号的幅度为3。静止频率也就是物体自身的振荡频率为3HZ，也就是?0为3HZ。灵敏度也就是没当输入电压变化单位1时，输出频率变化2HZ，也就是图中参数K0。从压控振荡器在simulink中的测试波形可以看出压控振荡器输入电压相同时，输出电压频率相同。

2.2 模拟锁相环仿真

设计中有元器件模拟信号发生器、模拟相乘器、巴特沃斯滤波器、模拟压控振荡器以及示波器。示波器分别显示的波形是信号发生器的波形、锁相环波形、相乘后波形、巴特沃斯滤波后波形这四个波形。设计所涉及的元件较为简单，在实际的时钟电路中，模拟锁相环涉及原器件较多例如分频器和其他原器件，而本设计中简化设计同样能达到锁频的目的。

图2-10模拟锁相环仿真

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